【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種電解液及包含該電解液的鋰電池。
技術(shù)介紹
1、隨著手機、平板電腦、智能穿戴以及etc等新興消費領(lǐng)域的出現(xiàn)，鋰離子電池憑其高能量密度和長循環(huán)壽命顯現(xiàn)出了極大優(yōu)勢。但隨著相應(yīng)設(shè)備功能的不斷多樣化，用電模塊功耗的不斷上升，常規(guī)的鋰離子電池已經(jīng)很難滿足用戶的使用需求。為提高用戶使用體驗，鋰離子電池的發(fā)展方向已日漸明朗，即在安全的條件下盡可能地提高能量密度或者實現(xiàn)快速充電。
2、為提高能量密度，行業(yè)目前主要從三個方面進(jìn)行開發(fā)。一是尋求新的材料體系，如鈷酸鋰、富鋰錳基、三元高鎳等正極材料，硅碳等負(fù)極材料等；二是提高現(xiàn)有材料的截止充電電壓，如4.5v以上鈷酸鋰電池，4.4v以上三元電池等；三是通過改變電池工藝，提高面密度和壓實密度或使用更薄的集流體、膠帶和鋁塑殼等。為了實現(xiàn)快速充電，快充型鋰離子電池應(yīng)運而生，從最開始的0.2c充電，到后來的2c充電，甚至5c充電。
3、在對體積能量密度要求高的數(shù)碼領(lǐng)域，鋰電池的設(shè)計思路是高電壓鈷酸鋰&硅碳負(fù)極。商用鈷酸鋰電池的電壓已經(jīng)由最初的4.2v逐步往4.5v及以上提升，但隨著電壓的提升，現(xiàn)有的鈷酸鋰電池顯現(xiàn)出一定負(fù)面效果，如材料表面由于存在懸掛鍵以及不飽和的配位關(guān)系會使其反應(yīng)活性明顯高于體相。當(dāng)對鈷酸鋰電池充電時，會發(fā)生以下反應(yīng)過程：
4、(1)正極材料自表面開始脫鋰；
5、(2)脫鋰發(fā)生后，li層氧原子間失去阻隔產(chǎn)生排斥，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；
6、(3)持續(xù)脫鋰促進(jìn)表面晶格活性發(fā)生氣體溢出；
7、(4)溢
8、(5)溶解的高價co元素也會氧化電解液參與電解液化學(xué)反應(yīng)。
9、固液界面副反應(yīng)是鋰電池發(fā)展不可避免的問題，目前使用的電解液化學(xué)窗口通常低于4.5v，當(dāng)充電截止電壓高于4.5v時，電解液就會在電池表面發(fā)生氧化分解，這一過程導(dǎo)致電池容量急劇“跳水”。同時氧化分解的產(chǎn)物也覆蓋在電極材料表面增加電池內(nèi)阻。游離過渡金屬元素催化表面副反應(yīng)產(chǎn)物分界使電極材料維持高位活性狀態(tài)帶來隱患。
10、因此，有必要開發(fā)一種高電壓下具有良好的電化學(xué)性能的電解液。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種高電壓下具有良好的高溫穩(wěn)定性及循環(huán)性能的電解液。
2、本專利技術(shù)的第二個目的是提供一種包含該電解液的鋰電池。
3、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
4、一種電解液，包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷和酸酐類化合物。
5、優(yōu)選地，所述1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷占所述電解液總質(zhì)量的0.1～7％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5～5％，更進(jìn)一步優(yōu)選為3～5％，例如3％、3.5％、4％、4.5％或5％。本專利技術(shù)中，1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷可以通過使木糖醇和乙醇鈉混合，然后再加入丙烯腈反應(yīng)制成；其中，反應(yīng)的溫度優(yōu)選為80～100℃。
6、優(yōu)選地，所述酸酐類化合物為環(huán)狀羧酸酐。
7、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述酸酐類化合物選自結(jié)構(gòu)式a所示化合物和/或結(jié)構(gòu)式b所示化合物，其中，結(jié)構(gòu)式a為結(jié)構(gòu)式b為r1、r2、r3和r4分別獨立地選自h、碳原子數(shù)為1～3的烷基或苯基。碳原子為1～3的烷基例如可以為甲基、乙基或丙基。
8、一些具體的實施方式中，所述酸酐類化合物選自2-甲基馬來酸酐、2,3-二甲基馬來酸酐、苯基順酐、丁二酸酐中的一種或多種。
9、優(yōu)選地，所述酸酐類化合物占所述電解液總質(zhì)量的0.1～1％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3～0.5％，例如0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。
10、優(yōu)選地，所述氟代碳酸乙烯酯占所述電解液總質(zhì)量的0.1～10％，進(jìn)一步優(yōu)選為2～8％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％等。
11、優(yōu)選地，所述添加劑還包括其它添加劑，其它添加劑包括碳酸乙烯亞乙酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、己二腈、丁二腈、1,2-二(2-氰乙氧基)乙烷、1,4-二氰基-2-丁烯、1,2,3-三(2-氰基乙氧基)丙烷、癸二腈、2-甲基戊二腈中的一種或多種。
12、優(yōu)選地，每種所述其它添加劑占所述電解液總質(zhì)量的0.1～8％。
13、優(yōu)選地，所述有機溶劑為環(huán)狀酯和鏈狀酯的混合物，所述的環(huán)狀酯為γ-丁內(nèi)酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一種或多種；所述鏈狀酯為碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、氟代丙酸甲酯、氟代丙酸乙酯、氟代乙酸乙酯中的一種或多種。
14、一些實施方式中，所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯和丙酸丙酯。常規(guī)的碳酸酯溶劑在高電壓狀態(tài)下容易催化分解，本專利技術(shù)通過上述添加劑的協(xié)同配合，有效抑制了碳酸酯溶劑的催化分解，從而減少了電池的產(chǎn)氣及金屬離子的溶出。
15、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述有機溶劑還包括氟代乙酸乙酯，氟代乙酸乙酯例如可以為乙酸2,2-二氟乙酯。
16、優(yōu)選地，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰。
17、優(yōu)選地，所述鋰鹽的濃度為0.8～3mol/l。
18、優(yōu)選地，所述添加劑還包括鋰鹽添加劑，所述鋰鹽添加劑為四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰、二氟磷酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種。
19、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鋰鹽添加劑占所述電解液總質(zhì)量的0.1～5％。
20、本專利技術(shù)的第二個目的是提供一種鋰電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和如上所述的電解液。
21、優(yōu)選地，所述正極片的活性物質(zhì)為鈷酸鋰，所述鋰電池的充電截止電壓可達(dá)4.5v及以上。
22、由于上述技術(shù)方案運用，本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：
23、本專利技術(shù)的電解液組分簡單，通過氟代碳酸乙烯酯、1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷和酸酐類化合物的協(xié)同配合，能有效抑制鋰電池在高電壓(4.5v及以上)及高溫條件下的氣脹、循環(huán)衰減及厚度增加，改善電池的倍率性能。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種電解液，包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷和酸酐類化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷占所述電解液總質(zhì)量的0.1～7％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解液，其特征在于：所述1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷占所述電解液總質(zhì)量的1～5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述酸酐類化合物為環(huán)狀羧酸酐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解液，其特征在于：所述酸酐類化合物選自2-甲基馬來酸酐、2,3-二甲基馬來酸酐、苯基順酐、丁二酸酐中的一種或多種；和/或，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于：所述酸酐類化合物占所述電解液總質(zhì)量的0.3～0.5％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述氟代碳酸乙烯酯占所述電解液總質(zhì)量的0.1～10％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述有機溶劑為環(huán)狀酯和鏈狀酯的混合物，所述的環(huán)狀酯為γ-丁
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述鋰鹽為六氟磷酸鋰；和/或，所述鋰鹽的濃度為0.8～3mol/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述添加劑還包括鋰鹽添加劑，所述鋰鹽添加劑為四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種；和/或，所述鋰鹽添加劑占所述電解液總質(zhì)量的0.1～5％。
11.一種鋰電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜和電解液，其特征在于：所述電解液為權(quán)利要求1至10中任一項所述的電解液。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰電池，其特征在于：所述正極片的活性物質(zhì)為鈷酸鋰，所述鋰電池的充電截止電壓可達(dá)4.5V及以上。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種電解液，包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯、1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷和酸酐類化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷占所述電解液總質(zhì)量的0.1～7％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電解液，其特征在于：所述1,2,3,4,5-五(氰乙氧基)戊烷占所述電解液總質(zhì)量的1～5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述酸酐類化合物為環(huán)狀羧酸酐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解液，其特征在于：所述酸酐類化合物選自2-甲基馬來酸酐、2,3-二甲基馬來酸酐、苯基順酐、丁二酸酐中的一種或多種；和/或，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，其特征在于：所述酸酐類化合物占所述電解液總質(zhì)量的0.3～0.5％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述氟代碳酸乙烯酯占所述電解液總質(zhì)量的0.1～10％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述有機溶劑為環(huán)狀酯和鏈狀酯的混合物，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳曉琴，常楠，甘朝倫，張力，盧曉鋒，
申請(專利權(quán))人：張家港市國泰華榮化工新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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